Планетарий ( мн. ч.: планетарии или планетарии ) — театр, построенный в первую очередь для показа образовательных и развлекательных шоу об астрономии и ночном небе или для обучения навигации по небесным сферам . [1] [2] [3]
Доминирующей особенностью большинства планетариев является большой куполообразный проекционный экран , на котором можно заставить сцены звезд , планет и других небесных объектов появляться и двигаться реалистично , имитируя их движение. Проекция может быть создана различными способами, такими как звездный шар , проектор слайдов , видео , полнокупольные проекционные системы и лазеры. Типичные системы могут быть настроены на имитацию неба в любой момент времени, в прошлом или настоящем, и часто на изображение ночного неба, как оно будет выглядеть с любой точки широты на Земле.
Планетарии различаются по размеру от 37-метрового купола в Санкт-Петербурге, Россия (так называемый «Планетарий № 1») до трехметровых надувных переносных куполов, где посетители сидят на полу. Самый большой планетарий в Западном полушарии — планетарий Дженнифер Чалсти в Liberty Science Center в Нью-Джерси , его купол составляет 27 метров в диаметре. Планетарий Бирла в Калькутте, Индия, является крупнейшим по вместимости, имея 630 мест. [4] В Северной Америке наибольшее количество мест — 423 — у планетария Хейдена в Американском музее естественной истории в Нью-Йорке .
Термин «планетарий» иногда используется в общем смысле для описания других устройств, иллюстрирующих Солнечную систему , таких как компьютерное моделирование или планетарий . Программное обеспечение для планетария относится к программному приложению, которое визуализирует трехмерное изображение неба на двухмерном экране компьютера или в гарнитуре виртуальной реальности для трехмерного представления. [5] Термин «планетарий» используется для описания члена профессионального персонала планетария.
Древнегреческому эрудиту Архимеду приписывают создание примитивного планетария, который мог предсказывать движения Солнца , Луны и планет. [ требуется ссылка ] Открытие Антикитерского механизма доказало, что такие устройства уже существовали в античности , хотя, вероятно, и после жизни Архимеда. Кампанус из Новары описал планетарный экваторий в своей Theorica Planetarum и включил инструкции о том, как его построить. Глобус Готторфа, построенный около 1650 года, имел созвездия, нарисованные на внутренней стороне. [6] Эти устройства сегодня обычно называют планетариями (названными в честь графа Оррери ). Фактически, во многих современных планетариях есть проекционные планетарии, которые проецируют на купол Солнечную систему (включая Солнце и планеты до Сатурна ) по их обычным орбитальным траекториям.
В 1229 году, после завершения Пятого крестового похода , император Священной Римской империи Фридрих II Гогенштауфен привез палатку с разбросанными отверстиями, представляющими звезды или планеты . Устройство работало изнутри с помощью вращающегося стола, который вращал палатку. [7]
Небольшой размер типичных планетариев XVIII века ограничивал их влияние, и к концу того столетия ряд педагогов пытались создать версию большего размера. Усилия Адама Уокера (1730–1821) и его сыновей заслуживают внимания в их попытках объединить театральные иллюзии с образованием. Эйдуранион Уокера был сердцем его публичных лекций или театральных представлений. Сын Уокера описывает эту «Сложную машину» как «двадцать футов в высоту и двадцать семь в диаметре: она стоит вертикально перед зрителями, и ее шары настолько велики, что их отчетливо видно в самых отдаленных частях Театра. Каждая Планета и Спутник кажутся подвешенными в пространстве без какой-либо поддержки; совершая свои годовые и суточные обороты без какой-либо видимой причины». Другие лекторы продвигали собственные устройства: RE Lloyd рекламировал свой Dioastrodoxon, или Grand Transparent Orrery, а к 1825 году Уильям Китченер предлагал свою Ouranologia, которая была 42 фута (13 м) в диаметре. Эти устройства, скорее всего, приносили астрономическую точность в жертву зрелищу, приятному для толпы, и сенсационным и вызывающим благоговение изображениям.
Самый старый из до сих пор работающих планетариев находится во фризском городе Франекер . Он был построен Эйзе Эйсингой (1744–1828) в гостиной своего дома. Эйсинге потребовалось семь лет, чтобы построить свой планетарий, который был завершен в 1781 году. [8]
В 1905 году Оскар фон Миллер (1855–1934) из Немецкого музея в Мюнхене заказал обновленные версии планетария и планетария с зубчатой передачей у М. Зендтнера, а затем работал с Францем Мейером, главным инженером оптических работ Carl Zeiss в Йене , над крупнейшим из когда-либо построенных механических планетариев, способным отображать как гелиоцентрическое , так и геоцентрическое движение. Он был выставлен в Немецком музее в 1924 году, строительные работы были прерваны войной. Планеты перемещались по подвесным рельсам, приводимым в действие электродвигателями: орбита Сатурна составляла 11,25 м в диаметре. 180 звезд проецировались на стену с помощью электрических лампочек.
Пока это строилось, фон Миллер также работал на заводе Zeiss с немецким астрономом Максом Вольфом , директором обсерватории Landessternwarte Heidelberg-Königstuhl Гейдельбергского университета , над новым и новаторским дизайном, вдохновленным работой Уоллеса В. Этвуда в Чикагской академии наук и идеями Вальтера Бауэрсфельда и Рудольфа Штраубеля [9] в Zeiss . Результатом стала конструкция планетария, которая должна была генерировать все необходимые движения звезд и планет внутри оптического проектора и монтироваться в центре комнаты, проецируя изображения на белую поверхность полушария. В августе 1923 года первый (модель I) планетарий Zeiss проецировал изображения ночного неба на белую гипсовую облицовку 16-метрового полусферического бетонного купола, возведенного на крыше завода Zeiss. Первая официальная публичная выставка состоялась в Немецком музее в Мюнхене 21 октября 1923 года. [10] [11]
Планетарий Цейсса стал популярным и привлек к себе много внимания. Затем планетарии Цейсса были открыты в Риме (1928, в Ауле Оттагона, часть Терм Диоклетиана ), Чикаго (1930), Осаке (1937, в Музее науки об электричестве города Осака). [11]
Когда Германия была разделена на Восточную и Западную Германию после войны, фирма Zeiss также была разделена. Часть осталась в своей традиционной штаб-квартире в Йене , в Восточной Германии , а часть переехала в Западную Германию . Дизайнер первых планетариев для Zeiss, Вальтер Бауэрсфельд , также переехал в Западную Германию с другими членами управленческой команды Zeiss. Там он оставался в управленческой команде Zeiss West до своей смерти в 1959 году.
Западногерманская фирма возобновила производство больших планетариев в 1954 году, а восточногерманская фирма начала производство малых планетариев несколько лет спустя. Тем временем, нехватка производителей планетариев привела к нескольким попыткам создания уникальных моделей, таких как модель, построенная Калифорнийской академией наук в парке Золотые Ворота , Сан-Франциско , которая работала в 1952–2003 годах. Братья Коркош построили большой проектор для Бостонского музея науки , который был уникален тем, что был первым (и в течение очень долгого времени единственным) планетарием, проецирующим планету Уран . Большинство планетариев игнорируют Уран, поскольку он в лучшем случае слабо виден невооруженным глазом.
Значительный рост популярности планетариев во всем мире произошел во время космической гонки 1950-х и 1960-х годов, когда опасения, что Соединенные Штаты могут упустить возможности новых рубежей в космосе, привели к реализации масштабной программы по установке более 1200 планетариев в средних школах США.
Арманд Шпиц осознал, что существует жизнеспособный рынок для небольших недорогих планетариев. Его первая модель, Spitz A, была разработана для проецирования звезд из додекаэдра , что снижало затраты на обработку при создании глобуса. [12] Планеты не были механизированы, но их можно было перемещать вручную. Затем последовало несколько моделей с различными улучшенными возможностями, пока A3P, которая проецировала более тысячи звезд, не имела моторизованных движений для изменения широты, суточного движения и годового движения Солнца, Луны (включая фазы) и планет. Эта модель была установлена в сотнях средних школ, колледжей и даже небольших музеев с 1964 по 1980-е годы.
Япония вышла на рынок производства планетариев в 1960-х годах, когда Goto и Minolta успешно продавали ряд различных моделей. Goto добилась особого успеха, когда Министерство образования Японии поставило одну из своих самых маленьких моделей, E-3 или E-5 (цифры обозначают метрический диаметр купола), в каждую начальную школу Японии.
Филипп Стерн, бывший преподаватель планетария Хайдена в Нью-Йорке , задумал создать небольшой планетарий, который можно было бы программировать. Его модель Apollo была представлена в 1967 году с пластиковой программной доской, записанной лекцией и кинопленкой. Не имея возможности оплатить это самостоятельно, Стерн стал главой планетарного подразделения Viewlex, аудиовизуальной фирмы среднего размера на Лонг-Айленде . Было создано около тридцати готовых программ для разных классов и публики, в то время как операторы могли создавать свои собственные или запускать планетарий в прямом эфире. Покупателям Apollo был предоставлен выбор из двух готовых шоу, и они могли купить больше. Было продано несколько сотен, но в конце 1970-х годов Viewlex обанкротилась по причинам, не связанным с планетарным бизнесом.
В 1970-х годах была задумана система кинопроекции OmniMax (теперь известная как IMAX Dome) для работы на экранах планетариев. Совсем недавно некоторые планетарии переименовали себя в купольные кинотеатры , предлагая более широкий спектр услуг, включая широкоэкранные или «оборачивающиеся» фильмы, полнокупольное видео и лазерные шоу, сочетающие музыку с нарисованными лазером узорами.
Компания Learning Technologies Inc. из Массачусетса предложила первый легко переносной планетарий в 1977 году. Филип Сэдлер разработал эту запатентованную систему, которая проецировала звезды, фигуры созвездий из многих мифологий , небесные системы координат и многое другое с помощью съемных цилиндров (за ними последовали Viewlex и другие, выпустившие свои собственные переносные версии).
После объединения Германии в 1989 году обе компании Zeiss поступили аналогичным образом и расширили свое предложение, включив в него купола самых разных размеров.
В 1983 году Evans & Sutherland установили первый цифровой планетарный проектор, отображающий компьютерную графику ( планетарий Хансена , Солт-Лейк-Сити, штат Юта) — проектор Digistar I использовал векторную графическую систему для отображения звездных полей, а также штриховой графики . Это дает оператору большую гибкость в показе не только современного ночного неба, видимого с Земли , но и из точек, удаленных в пространстве и времени. Новейшие поколения планетарных проекторов, начиная с Digistar 3 , предлагают технологию полнокупольного видео . Это позволяет проецировать любое изображение. [ необходима цитата ]
Купол планетария имеет размеры от 3 до 35 м в диаметре , вмещает от 1 до 500 человек. Они могут быть постоянными или переносными, в зависимости от применения.
Реалистичность просмотра в планетарии в значительной степени зависит от динамического диапазона изображения, т. е. контраста между темным и светлым. Это может быть проблемой в любой купольной проекционной среде, поскольку яркое изображение, проецируемое на одну сторону купола, будет иметь тенденцию отражать свет на противоположную сторону, «поднимая» там уровень черного и, таким образом, делая все изображение менее реалистичным. Поскольку традиционные шоу в планетариях в основном состояли из небольших точек света (т. е. звезд) на черном фоне, это не было существенной проблемой, но стало проблемой, когда цифровые проекционные системы начали заполнять большие части купола яркими объектами (например, большими изображениями солнца в контексте). По этой причине современные купола планетариев часто окрашиваются не в белый цвет, а в средне-серый, что снижает отражение, возможно, до 35–50%. Это увеличивает воспринимаемый уровень контрастности.
Основная задача при строительстве купола — сделать швы как можно более незаметными. Покраска купола после установки — это важная задача, и если все сделано правильно, швы можно сделать практически незаметными.
Традиционно купола планетариев устанавливались горизонтально, в соответствии с естественным горизонтом настоящего ночного неба. Однако, поскольку эта конфигурация требует сильно наклоненных кресел для комфортного просмотра «прямо вверх», все больше куполов строятся с наклоном от горизонтали на 5–30 градусов для обеспечения большего комфорта. Наклонные купола, как правило, создают излюбленную «точку наилучшего восприятия» для оптимального просмотра, в центре примерно на трети пути купола от самой низкой точки. Наклонные купола обычно имеют сиденья, расположенные в стиле стадиона прямыми ярусными рядами; горизонтальные купола обычно имеют сиденья в круговых рядах, расположенных концентрическими (лицом к центру) или эпицентрическими (лицом вперед) рядами.
Иногда в «Планетариях» устанавливают элементы управления, такие как кнопки или джойстики в подлокотниках сидений, чтобы обеспечить обратную связь со стороны зрителей, которая влияет на шоу в режиме реального времени .
Часто по краю купола («бухты») располагаются:
Традиционно планетарии нуждались во множестве ламп накаливания вокруг свода купола, чтобы облегчить вход и выход зрителей, имитировать восход и закат и обеспечить рабочее освещение для очистки купола. Совсем недавно стало доступно твердотельное светодиодное освещение, которое значительно снижает потребление энергии и снижает потребность в обслуживании, поскольку лампы больше не нужно менять регулярно.
Самый большой в мире механический планетарий находится в Монико, штат Висконсин. Планетарий Ковача . Его диаметр составляет 22 фута, а вес — две тонны. Глобус сделан из дерева и приводится в движение с помощью контроллера двигателя с переменной скоростью. Это самый большой механический планетарий в мире, больше, чем Atwood Globe в Чикаго (15 футов в диаметре) и на треть меньше Hayden.
В некоторых новых планетариях теперь есть стеклянный пол , который позволяет зрителям стоять около центра сферы, окруженной проецируемыми изображениями во всех направлениях, создавая впечатление парения в открытом космосе . Например, небольшой планетарий в AHHAA в Тарту , Эстония, имеет такую установку со специальными проекторами для изображений под ногами зрителей, а также над их головами. [15]
Традиционные проекционные аппараты планетариев используют полый шар с подсветкой внутри и отверстие для каждой звезды, отсюда и название «звездный шар». У некоторых из самых ярких звезд (например, Сириус , Канопус , Вега ) отверстие должно быть настолько большим, чтобы пропускать достаточно света, что в отверстии должна быть небольшая линза, чтобы фокусировать свет в острую точку на куполе. В более поздних и современных звездных шарах планетариев отдельные яркие звезды часто имеют отдельные проекторы, имеющие форму небольших ручных фонариков, с фокусирующими линзами для отдельных ярких звезд. Контактные прерыватели не позволяют проекторам проецировать ниже «горизонт». [ необходима цитата ]
Звездный шар обычно устанавливается так, чтобы он мог вращаться как единое целое, чтобы имитировать суточное вращение Земли и изменять имитируемую широту на Земле. Также обычно есть средство вращения, чтобы создать эффект прецессии равноденствий . Часто один такой шар прикрепляется к его южному эклиптическому полюсу. В этом случае вид не может простираться так далеко на юг, чтобы любая из результирующих пустых областей на юге проецировалась на купол. Некоторые звездные проекторы имеют два шара на противоположных концах проектора, как гантель . В этом случае могут быть показаны все звезды, и вид может идти на любой полюс или в любое место между ними. Но необходимо следить за тем, чтобы поля проекции двух шаров совпадали там, где они встречаются или перекрываются.
Проекторы планетария меньшего размера включают набор неподвижных звезд, Солнце, Луну и планеты, а также различные туманности . Проекторы большего размера также включают кометы и гораздо больший выбор звезд. Дополнительные проекторы могут быть добавлены для показа сумерек вокруг внешней части экрана (вместе с городскими или сельскими сценами), а также Млечного Пути . Другие добавляют координатные линии и созвездия , фотографические слайды, лазерные дисплеи и другие изображения.
Каждая планета проецируется резко сфокусированным прожектором , который создает пятно света на куполе. Проекторы планет должны иметь зубчатую передачу, чтобы перемещать свое положение и тем самым имитировать движения планет. Они могут быть следующих типов:-
Несмотря на то, что традиционные проекторы звездных шаров предлагают хорошие зрительские впечатления, они страдают от ряда неотъемлемых ограничений. С практической точки зрения, низкий уровень освещенности требует нескольких минут, чтобы зрение зрителей «адаптировалось к темноте» . Проекция «звездного шара» ограничена в образовательном плане из-за ее неспособности выйти за пределы земного вида ночного неба. Наконец, в большинстве традиционных проекторов различные наложенные проекционные системы неспособны к надлежащему затмению . Это означает, что изображение планеты, проецируемое на звездное поле (например), все равно будет показывать звезды, сияющие сквозь изображение планеты, что ухудшает качество просмотра. По связанным причинам некоторые планетарии показывают звезды под горизонтом, проецирующиеся на стены под куполом или на пол, или (с яркой звездой или планетой) сияющие в глазах кого-то из зрителей.
Однако новое поколение оптико-механических проекторов, использующих волоконно-оптическую технологию для отображения звезд, обеспечивает гораздо более реалистичную картину неба.
Все большее число планетариев используют цифровые технологии для замены всей системы взаимосвязанных проекторов, традиционно используемых вокруг звездного шара, чтобы устранить некоторые из их ограничений. Производители цифровых планетариев заявляют о снижении расходов на обслуживание и повышенной надежности таких систем по сравнению с традиционными «звездными шарами» на том основании, что они используют мало движущихся частей и, как правило, не требуют синхронизации движения по куполу между несколькими отдельными системами. Некоторые планетарии сочетают как традиционную оптико-механическую проекцию, так и цифровые технологии на одном куполе.
В полностью цифровом планетарии изображение купола генерируется компьютером , а затем проецируется на купол с использованием различных технологий, включая проекторы с электронно-лучевой трубкой , LCD , DLP или лазерные проекторы. Иногда один проектор, установленный около центра купола, используется с линзой типа «рыбий глаз» для распространения света по всей поверхности купола, в то время как в других конфигурациях несколько проекторов по горизонту купола располагаются так, чтобы они плавно смешивались.
Все цифровые проекционные системы работают, создавая изображение ночного неба в виде большого массива пикселей . В общем, чем больше пикселей может отобразить система, тем лучше впечатления от просмотра. В то время как первое поколение цифровых проекторов не могло генерировать достаточно пикселей, чтобы соответствовать качеству изображения лучших традиционных проекторов «звездный шар», высококлассные системы теперь предлагают разрешение, приближающееся к пределу остроты зрения человека .
Проекторы LCD имеют фундаментальные ограничения на способность проецировать как настоящий черный, так и свет, что, как правило, ограничивает их использование в планетариях. Проекторы LCOS и модифицированные LCOS улучшили коэффициент контрастности LCD , а также устранили эффект «сетчатой двери» из-за небольших зазоров между пикселями LCD. Проекторы DLP с «темным чипом» улучшают стандартную конструкцию DLP и могут предложить относительно недорогое решение с яркими изображениями, но уровень черного требует физического экранирования проекторов. По мере того, как технология становится более зрелой и дешевеет, лазерная проекция выглядит многообещающей для купольной проекции, поскольку она обеспечивает яркие изображения, большой динамический диапазон и очень широкое цветовое пространство .
Во всем мире большинство планетариев предлагают шоу для широкой публики. Традиционно шоу для этой аудитории на темы, такие как «Что в небе сегодня вечером?», или шоу, которые поднимают актуальные вопросы, такие как религиозный праздник (часто Рождественская звезда ), связанный с ночным небом, были популярны. Живой формат предпочитают многие площадки, так как живой оратор или ведущий может ответить на вопросы, заданные аудиторией. [ необходима цитата ]
С начала 1990-х годов полнофункциональные цифровые планетарии 3D добавили дополнительную степень свободы ведущему шоу, поскольку они позволяют моделировать вид из любой точки пространства, а не только вид с Земли, с которым мы наиболее знакомы. Эта новая возможность виртуальной реальности путешествовать по вселенной обеспечивает важные образовательные преимущества, поскольку она наглядно передает, что пространство имеет глубину, помогая зрителям оставить позади древнее заблуждение о том, что звезды застряли внутри гигантской небесной сферы , и вместо этого понять истинную схему Солнечной системы и за ее пределами. Например, планетарий теперь может «перенести» зрителей к одному из знакомых созвездий, такому как Орион , показывая, что звезды, которые кажутся образующими скоординированную форму с точки зрения, привязанной к Земле, находятся на значительно разных расстояниях от Земли и поэтому не связаны, за исключением человеческого воображения и мифологии . Для людей с особым визуальным или пространственным восприятием этот опыт может быть более образовательно полезным, чем другие демонстрации.
